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发布：2026-06-15 22:45:07 · 事件：2026-06-15 22:45:07

摘自 《煤气与热力》2025年7月刊 车载检测法燃气管道泄漏量化与巡检策略 黄丽丽，邢琳琳，李持佳，马旭卿，胡彦 （北京市燃气集团有限责任公司， 北京 100035） 摘要： 针对城镇燃气管道泄漏量化检测，提出将管道甲烷排放速率作为制定管道巡检及维抢修计划的重要指标，搭建车载检测平台，对部分城市埋地燃气管道进行3次全覆盖检测、1次重点检测，采用Weller法估算埋地燃气管道甲烷排放速率。结合燃气管道地理信息系统的信息，分析管道运行时间、压力级制、管材、防腐层类型对甲烷排放速率的影响。

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  摘自 《煤气与热力》2025年7月刊>>> 车载检测法燃气管道泄漏量化与巡检策略 黄丽丽，邢琳琳，李持佳，马旭卿，胡彦 （北京市燃气集团有限责任公司，    北京    100035） 摘要：  针对城镇燃气管道泄漏量化检测，提出将管道甲烷排放速率作为制定管道巡检及维抢修计划的重要指标，搭建车载检测平台，对部分城市埋地燃气管道进行3次全覆盖检测、1次重点检测，采用Weller法估算埋地燃气管道甲烷排放速率。结合燃气管道地理信息系统的信息，分析管道运行时间、压力级制、管材、防腐层类型对甲烷排放速率的影响。选定2个片区并对其进行了日、夜巡检，以考察日间及夜间巡检对检测结果的影响。研究表明，城 市燃气管道甲烷排放以中速率为主，不确定气源占比达到85%，需通过多技术协同验证排除环境干扰。运行时间10~29 a的管道泄漏次数占比最高，达到75.9%。高压管道泄漏次数占比极低，中低压管道泄漏次数占比达到96.2%，低压管道甲烷排放速率最高。钢管泄漏次数占比达到 85.44%，但钢管和聚乙烯管平均甲烷排放速率相差不大。2009年以后建设的防腐层类型为3PE的燃气管道泄漏次数占比较低。环境因素（如交通流量、周边设施等）对车载检测法检测的甲乙烷体积分数数据及气源判断有显著影响，在实际检测和分析中需充分考虑环境因素，以提高检测数据的准确性和可靠性。 关键词：  泄漏巡检；车载检测法；甲烷排放速率 参考文献示例： 黄丽丽，邢琳琳，李持佳，等 .  车载检测法燃气管道泄漏量化与巡检策略［J］ .  煤气与热力，2025，45（7）：77-82 . 1  概述 天然气作为绿色、低碳的清洁燃料，在建设能源节约型、环境友好型城市的进程中发挥着重要的作用。截至 2023 年末，全国城市天然气管道长度 103.92×10 4  km ，同比增长 5.99% [1] 。埋地城市燃气管道受管材质量、管道腐蚀、超压、施工质量和自然灾害等影响，容易发生泄漏，导致甲烷排放乃至更严重的安全事故。 2019 年美国环境保护署甲烷排放估算数据中，城市燃气管道的甲烷排放量占城市燃气输配系统甲烷排放量的 35% [2] 。文献 [3] 提到， Ars 等人在 2018 — 2019 年采用移动检测车对加拿大大多伦多 地区燃气管网进行甲烷排放源识别和量化，共巡检 6 400 km ，发现 1 775 处甲烷体积分数升高点，采用 Weller 法估算大多伦多地区燃气管网甲烷排放速率高达 69.35~500.05 t/a 。快速定位和了解城市燃气埋地管道天然气泄漏的位置和规模信息对于减少温室气体排放和制定管道维抢修计划至关重要。 天然气的主要组分甲烷是仅次于二氧化碳的第二大温室气体，其在 20 a 内的全球增温潜势是二氧化碳的 84 倍，在 100 a 内的全球增温潜势是二氧化碳的 28 倍 [4] 。油气行业整个供应链，从生产到集输、输配、储存、城镇燃气供应都存在甲烷排放。准确地核算与评估甲烷逃逸排放是油气行业开展甲烷排放控制工作的前提 [5] ，将甲烷排放水平纳入评估泄漏管控效能的重要指标，可有效减少甲烷排放，并使泄漏风险受控。 目前针对城市燃气管道甲烷排放检测的方法主要分为自上而下与自下而上两大类 [6] 。车载检测方法是快速发现天然气泄漏的一种重要自上而下检测手段，将传感器放置在移动平台，然后将传感器探测的天然气的空间分布与本地气候条件结合，对泄漏源进行精准定位和定量分析。该技术可能颠覆传统的燃气巡检方式，为能源安全和智慧城市提供解决方案。车载甲烷检测方法具有检测速度较快、覆盖范围较大、可以准确定位甲烷泄漏位置的优势，具备较强的推广应用潜力 [7] 。但其对检测环境要求较高，有水、雪的区域检测效果相对较差，夏季腐殖物以及经过的运粪车、燃油车、 LNG 车等产生的甲烷气体对检测结果有影响，时常有误报警发生。 2  埋地燃气管道甲烷排放量核算 2.1  搭建车载检测平台 采用 A 检测车作为车载甲烷排放检测设备，该设备采用国际先进的第四代离轴积分腔输出光谱技术，结合北斗精准定位及安全数据存储，实现超高精准（ 10 -9 级）燃气泄漏快速检测。系统将甲烷 / 乙烷分析仪、北斗精准定位模块、风速仪相结合 , 依托北斗精准服务网和严谨的大数据算法将检测的地理位置坐标（北斗精准定位）、气体体积分数同风速仪测得的数据相结合，判断气体性质（天然气 / 沼气）、体积分数及泄漏范围。甲烷 / 乙烷分析仪检测甲、乙烷灵敏度均为 10 -9 ，取样口距离地面 0.5 m ，风速和风向的精度分别为 0.5 m/s 和 5° 。北斗精准定位系统和甲烷 / 乙烷分析仪的采样频率均为 2 Hz ，两次北斗定位之间的甲烷体积分数分析的地理位置需要进行插值计算。 2.2  车载检测方法 ①  检测车检测路线 首先由生产运行人员制定检测路线，城市燃气管道通常与道路并行敷设，结合道路 GIS 数据和管道 GIS 数据，燃气管道距行车路线垂直距离一般不超过 30 m ，如果管道位于行车道路的两侧 100 m 范围内，则该管段视为被检测。 ②  检测车行驶速度及检测频率 由于甲烷 / 乙烷分析仪及北斗精准定位模块检测频率均为 2 Hz ，如果车速过快，甲烷 / 乙烷分析仪采样率不足，吸入气体不足以感知气体泄漏；如果车速过慢，会影响城市交通。运行人员大量经验表明，检测车行驶速度在 30 km/h 左右时检测效果最佳。每条巡检的行车路线检测 4 次，其中 3 次全覆盖泄漏检测， 1 次针对发现疑似泄漏点的重点区域进行重复泄漏检测。 ③  检测数据整理 甲烷 / 乙烷分析仪采集检测点的甲烷、乙烷体积分数，北斗精准定位系统记录检测点的位置信息，风速仪记录风速、风向等信息。检测过程中记录检测日期、检测管道长度等数据，形成数据记录表格。 2.3  埋地燃气管道排放量估算方法 埋地燃气管道泄漏后，甲烷在大气中的扩散速度较快，受气象条件影响较大，将检测到的甲烷、乙烷体积分数转化为排放速率具有一定挑战性。 von Fischer 法和 Weller 法已在其他城市（波士顿、印第安纳波利斯等）使用。 von Fischer 法被认为高估了排放量，随后 Weller 在其研究中对方法进行了更新。因此，我们采用 Weller 法估算城市燃气管道甲烷排放速率，计算式为 [8] ： 式中      φ max ——最大甲烷体积分数增量，即甲烷实测体积分数减去甲烷背景体积分数的峰值 　　　q V ——甲烷排放速率， L/min 2.4  车载检测结果 2.4.1      甲烷体积分数增强归因 A 检测车能够同时检测甲烷、乙烷体积分数，我们依据甲烷、乙烷的比例评估甲烷源为天然气源、沼气源或不确定气源。以某长输天然气管道气源为例，甲烷、乙烷体积分数比约为 45 ∶ 1 。当甲烷体积分数超过甲烷背景体积分数（甲烷背景体积分数指在没有明显的甲烷源或虽有甲烷源而不排放的条件下，由环境风从其他地区输送过来的甲烷体积分数） 10% 时 [9] ，未发现乙烷体积分数升高超过乙烷背景体积分数，则将其视为沼气源；发现乙烷体积分数超过乙烷背景体积分数，且甲烷、乙烷体积分数比大于等于 45 ∶ 1 时，将其视为天然气源；发现乙烷体积分数超过乙烷背景体积分数，且甲烷、乙烷体积分数比小于 45 ∶ 1 时，将其定义为不确定气源。 采用 A 检测车对每条检测路线巡检，通过 3 次全覆盖泄漏检测、 1 次重点区域泄漏检测，将某一泄漏点的疑似泄漏等级划分为 2 个级别。 4 次检测 3 次检测及以上判定为天然气源，或 2 次检测判定为天然气源、 1 次检测判定为不确定气源，则将疑似泄漏等级划分为 1 级。 4 次检测 2 次检测判定为天然气源，或 1 次检测判定为天然气、 1 次检测判定为不确定气源 , 则将疑似泄漏等级划分为 2 级。检测人员可根据具体情况调整等级。 通过对甲烷体积分数升高点进行疑似泄漏等级划分后，检测人员通过打孔、开挖、 5 m 线等方式，采用手持甲烷检测仪在实地进一步确认，手持检测仪的灵敏度为 10 -6 级别，因此其与 A 检测车的灵敏度存在一定的差异。 Ars 等人 [10] 研究估计甲烷泄漏检测的假阴性率从大约 3% 到 26% 不等，假阳性率为 24% 。假设泄漏检测的假阳性率和假阴性率相等，这意味着在采用 A 检测车进行大范围巡检时未能检测到的泄漏数量等于由非燃气泄漏来源而产生的泄漏数量。 2.4.2      燃气管道疑似泄漏点甲烷排放速率估算 通过采用 A 检测车对某城市部分燃气管道进行 3 次全覆盖泄漏检测及 1 次重点区域泄漏检测，发现多处 1 级和 2 级疑似泄漏点，对检测结果进行分析，不确定气源、天然气源及沼气源在 4 次检测数据中的占比见表 1 。不确定气源占比较高，需通过多技术协同验证排除环境干扰。 表 1     各气源类型在 4 次检测数据中的占比 运行人员采用手持设备进行现场复查，共有 33% 疑似泄漏点通过手持设备检测确认为天然气泄漏。采用 Weller 法估算燃气管道疑似漏点甲烷排放速率，并折算为质量流量。高、中、低甲烷排放速率占比见表 2 [10] 。 表 2     甲烷排放速率占比 3  管道本体因素对甲烷排放速率的影响 通过将 A 检测车检测的疑似泄漏点坐标结合管道 GIS 数据进行联合分析，挖掘疑似泄漏管道本体信息，如果在巡检路线的 100 m 范围内有多条燃气管道，我们将泄漏归因于最近的燃气管道。计算管道不同运行时间、材质、防腐层和压力级制的疑似泄漏数量占比，判断不同管道本体因素的影响权重 [11] ，结合泄漏风险评价的方式及时发现风险较高的燃气管道，并制定合理的巡检策略，降低低风险区域的巡检频率，对保障城镇燃气管道稳定运行有重要意义。 3.1  管道运行时间的影响 疑似泄漏管道建设时间分布从 1982 年到 2017 年，将运行时间按照 10 a 一个区间进行划分 [12] ，发现运行时间 10~29 a 的管道泄漏占比最大，达到 75.9% 。而运行时间在 0~9 a 内和 30 a 以上的管道泄漏占比较小，疑似泄漏管道甲烷排放速率随着管道运行时间增加呈现上升趋势。城市燃气管道密集交错，大多敷设在人口稠密的城区地下。通过对管道应急维抢修数据的收集，发现造成埋地天然气管道泄漏的主要原因有腐蚀漏气、外部因素、焊接质量缺陷、自然因素、施工安装等 [13] ，其中腐蚀漏气占比达 75% ，做好管道防腐工作即可大量减少管道泄漏。行业标准 CJJ 95 — 2013 《城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程》规定，城镇燃气埋地钢质管道必须采用防腐层进行外保护，新建管道应采用防腐层辅以阴极保护的腐蚀控制系统。运行时间小于 10 a 管道泄漏占比较低，甲烷排放速率较小，为 4.05 g/min 。运行时间为 10~30 a 的管道，建设时间处于 20 世纪 90 年代和 2000 年以后，泄漏占比较大，甲烷排放速率较高，其中运行时间 10~19 a 的燃气管道甲烷排放速率平均为 15.00 g/min ，运行时间 20~29 a 的燃气管道甲烷排放速率平均为 22.34 g/min 。运行时间 30 a 以上的管道，由于总里程较少，泄漏占比相对较低，甲烷排放速率平均为 2.10 g/min 。不同运行时间管道泄漏次数占比见表 3 。 表 3     不同运行时间管道泄漏次数占比 3.2  管道压力级制的影响 采用车载检测方法检测的疑似泄漏管道中，中低压管道占比达到 96.2% 。通过对检测数据进行处理，低压管道、中压 A 管道、中压 B 管道、次高压 A 管道、高压 B 管道的甲烷排放速率分别为 33.95 、 22.77 、 9.01 、 7.31 、 0.15 g/min ，低压管道的甲烷排放速率最大。高压 A 和次高压 B 管道均未检出泄漏点。不同压力级制管道泄漏次数占比见表 4 。 表 4     不同压力级制管道泄漏次数占比 3.3  管道材质的影响 城市燃气管道通常采用金属管道，近年来，聚乙烯管道也得到广泛应用。从 A 检测车检测的疑似泄漏数据可以发现，钢管泄漏次数占比达 85.44% ，主要原因是钢管总长度较大，所以发生泄漏的概率较大，但两者的平均甲烷排放速率相差不大，钢管、聚乙烯管的平均甲烷排放速率分别为 21.89 、 27.36 g/min 。 3.4  管道防腐层的影响 从国内燃气管道防腐层应用历史可知， 20 世纪 80 年代建设的管道防腐层类型通常为石油沥青和环氧煤沥青， 20 世纪 90 年代建设的管道防腐层类型为环氧煤沥青和塑化沥青防蚀带， 2000 — 2008 年建设的管道的防腐层类型通常为塑化沥青防蚀带和 3PE ， 2009 年以后建设的管道的防腐层类型以 3PE 为主 [14] 。不同建设年代管道防腐层类型与泄漏次数占比的关系见表 5 。 2000 年以后塑化沥青防蚀带和 3PE 的燃气管道泄漏次数占比较大，但不同防腐层类型的燃气管道甲烷排放速率差别不大。 20 世纪 80 年代石油沥青和环氧煤沥青防腐层管道平均甲烷排放速率为 2.1 g/min ， 20 世纪 90 年代环氧煤沥青和塑化沥青防蚀带防腐层的燃气管道平均甲烷排放速率为 2.9 g/min ， 2000 — 2008 年塑化沥青防蚀带和 3PE 的燃气管道平均甲烷排放速率为 4.5 g/min ， 2009 年以后 3PE 的燃气管道平均甲烷排放速率为 3.5 g/min 。 表 5     不同建设年代不同防腐层类型管道泄漏次数占比 4  车载检测法受环境因素的影响 为了研究环境因素对车载检测法检测数据准确性的影响，选定 A 、 B 共 2 个片区并对其进行了日、夜巡检，以考察日间及夜间巡检对结果的影响。为更好地研究可燃气体的时空分布特征，将各片区内的所有数据进行空间网格化，网格规格设定为 10 m×10 m ，其主要目的在于统计同一网格监测数据的变化。 分析巡检数据可以发现， A 片区 甲烷与乙烷体积分数分布在空间上具有很明显的差异性，且不同时间段的检测数据甲烷体积分数差异较大。在夜间乙烷检出区域明显少于日间。 综合分析 A 、 B 片区巡检数据， A 片区周边既没有加油站又没有主干道，受加油站逸散及燃油汽车影响较小，乙烷体积分数在夜间较低；而 B 片区加油站和交通主干道较多，出现了夜间乙烷体积分数较高的情况，说明乙烷检测结果受周边环境影响较大。所以采用甲烷、乙烷的体积分数比例来判断是否为天然气源的方法受周边环境影响较大，应采用多种手段进行复查。 5  结论和建议 5.1  结论 ①  城市燃气管道甲烷排放以中速率为主，不确定气源占比达到 85% ，需通过多技术协同验证排除环境干扰。 ②  运行时间 10~29 a 的管道泄漏次数占比最高，达到 75.9% 。高压管道泄漏次数占比极低，中低压管道泄漏次数占比达到 96.2% ，低压管道甲烷排放速率最高。钢管泄漏次数占比达到  85.44% ，但钢管和聚乙烯管平均甲烷排放速率相差不大。 2009 年以后建设的防腐层类型为 3PE 的燃气管道泄漏次数占比较低。 ③  环境因素（如交通流量、周边设施等）对车载检测法检测的甲乙烷体积分数数据及气源判断有显著影响，在实际检测和分析中需充分考虑环境因素，以提高检测数据的准确性和可靠性。 5.2  建议 ①  有效制定巡检方案 制定巡检方案时，考虑到燃气管道压力、管材、运行时间与防腐层材质对甲烷排放速率的影响程度，优先检测运行时间较长的管道，其次考虑管材、压力的影响。合理制定管道维抢修计划，降低灾害的风险，减少甲烷排放。 ②  多次检测，提高准确性 通过甲烷与乙烷体积分数比进行甲烷体积分数增强归因，发现 85% 的甲烷体积分数升高点为不确定气源，需多次重复检测。建议每个甲烷体积分数升高点检测 4 次，运行人员再采用手持检测仪进行复查，以提升检测准确率。 ③  减少周边环境干扰 乙烷作为识别甲烷气源种类最重要的组分，机动车、加油站等潜在乙烷排放源可能对源识别结果产生影响，建议在地面车辆较少时开展燃气泄漏巡检，提高燃气泄漏源识别的准确性。 参考文献： [ 1 ]  住房和城乡建设部 .  2023 年中国城市建设状况公报 [EB/OL].  [2024-10-29].  https://www.mohurd.gov.cn/gongkai/fdzdgknr/sjfb/tjxx/index.html. 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